CN105137490A - 基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法。以堵塞填料区域及未堵塞填料区域的电流差异为基础，采用提出的“线电源供电与测量两极装置技术”，采集获得各测线相邻测点之间的电流值，然后把采集的电流值绘制成电流曲线和电流平面等值线图；最后通过分析各测线电流曲线和电流平面等值线特征，达到探测人工湿地堵塞区域的目的。该线电源供电与测量技术不仅是探测人工湿地堵塞区域的独创方法，并且是直流电法测量的独创方法，可填补人工湿地堵塞区域线电源供电与测量探测技术空白。该技术通过推广，将为人工湿地的持续、高效运行提供强有力的技术保障。

Description

基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法。

背景技术

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种污水处理生态工程新技术，由于具有灵活性好、投资少、能耗低、去污能力较强、管理方便、无二次污染等优点，应用日益普遍。然而近年来，人工湿地在运行过程中频繁出现堵塞等问题，净化性能下降，使用年限缩短。如美国及英国的355个潜流人工湿地中，近一半在使用五年内发生堵塞，填料水力传导率大幅下降，80%的水流直接由床体表面越流排出系统，出水水质恶化，服务年限由设计时的50-100年降低为10年、5年甚至更短；国内的白泥坑、雁田、沙田等人工湿地也出现了不同程度的堵塞现象。可见，人工湿地系统内部的堵塞问题已严重影响到人工湿地的持久、高效运行。

目前，对人工湿地发生堵塞判断的研究方法比较单一，都是基于示踪实验的表观水力停留时间（HRT）和停留时间分布（RDT）来研究人工湿地水力性能特征，并通过人工湿地水力性能来确定人工湿地是否发生堵塞。然而这种确定堵塞的方法都是针对人工湿地整体进行评价的，无法对堵塞区域进行定位，致使在治理堵塞的时候只能针对于人工湿地整体进行更换填料或疏通，时间成本高、经济效益差。因此，针对人工湿地堵塞区域的准确定位是亟待解决的问题。

利用线电源进行供电和测量方法是地球物理常规直流电阻率法的改进方法。常规的直流电阻率法是以介质的导电性差异为基础，以点电源进行供电和测量的一种地球物理方法，通过观测和研究人工建立的稳定电流场的分布规律来探测介质结构，了解介质分布特征。主要应用在矿产勘查、工程勘察、城市地质环境勘察等领域，方法比较成熟。近年来已经被独立或者联合应用于填埋垃圾、石油泄漏、地下水污染和咸淡水共存区调查等环境领域，取得了一定的效果。

而利用线电源进行供电和测量方法就其基本原理而言，与常规直流电阻率方法基本相同，也是通过观测和研究人工建立的稳定电流场的分布规律来探测介质结构，了解介质分布特征。利用线电源进行供电和测量方法与常规直流电阻率法的不同之处体现在野外工作法和测量参数上面：供电电源不再是点电源，而是使用线电极供线电源；测量的物性参数不是电阻率值，而是改为测量电流值，通过电流值的变化来确定异常体区域；测量电极不再需要单独设置，而是使用供电电极直接测量电流值。在地球物理方法应用中使用线电源供电和测量还没见报道，但其在理论上是可行的。

所以，本发明基于常规直流电阻率法探测异常体的经验，针对人工湿地的堵塞区域定位研究的盲区和难点，提出一种基于线电源供电和测量方法定位人工湿地堵塞区域的方法。该方法是以堵塞填料区域及未堵塞填料区域的电阻率差异为前提，首先通过线电源供电，并测量供电电流；然后绘制测量断面的电流曲线图和电流等值线图；最后通过分析电流曲线和电流等值线的方法，达到探测人工湿地堵塞区域的目的。

发明内容

本发明的目的是针对人工湿地存在的堵塞问题，提供一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法，该方法快速、经济易行，能够填补人工湿地堵塞区域线电源供电和测量方法应用的技术空白；该方法不仅是探测人工湿地堵塞区域的独创方法，并且是直流电法测量的独创方法。

本发明方法的原理是：人工湿地的堵塞区域一般表现为相对高电阻率和低电流值特征，未堵塞区域表现为相对低电阻率和高电流值特征；如果人工湿地存在堵塞区域，基于绘制的各测线电流曲线图和电流平面等值线图特征，电流曲线上的低电流位置和电流平面等值线图上的低电流值区域，就是对应的人工湿地堵塞区域在平面上的分布。

具体步骤为：

(1)人工湿地资料收集：包括人工湿地运行周期、床体结构、填料、进出水和水力特性的基本概况和运行参数，以指导数据采集、数据处理和分析。

(2)线电源供电与测量的测线布置：首先在人工湿地上方布置线电流供电与测量测线，测线间距根据人工湿地规模和堵塞区域定位精度要求适当调整，调整范围为10~100cm；测点间距也是根据人工湿地规模和堵塞区域定位测量精度要求适当调整，调整范围为5~50cm。

(3)测量装置布设及电极要求：在布设好的一条测线上进行线电流供电与测量时，采用两电极装置进行逐点数据采集，分别为供电与测量电极A和供电与测量电极B；电极A和B即是供电电极，同时也是测量电流值的测量电极；电极采用铁电极或铜电极，电极长度根据人工湿地深度进行制作，电极长度等于人工湿地深度。

(4)电流测量：根据设计的测线和测点，插入电极A和电极B，电极间距为一个点距间隔；用直流电阻率仪测量该点电极A和B之间的供电电流值；记录点为电极A和电极B的中心点；测量完一个点后，电极A和B同时向相同方向同时移动一个电极间距测量下一个点，直到完成整个测区的测量为止。

(5)绘制电流曲线图：对各测线测得的供电电流值绘制相应测线的电流曲线。

(6)绘制电流平面等值线图：根据测区所有测线的电流值，绘制测区电流平面等值线图。

(7)定位分析：人工湿地的堵塞区域一般表现为相对高电阻率和低电流值特征，未堵塞区域表现为相对低电阻率和高电流值特征；因此，基于绘制的各测线电流曲线图和电流平面等值线图特征，电流曲线上的低电流位置和电流平面等值线图上的低电流值区域，就是对应的人工湿地堵塞区域在平面上的位置；供电电流值和人工湿地堵塞区域两者之间存在紧密的相关性，即完成基于线电源供电与测量方法定位人工湿地堵塞区域。

本发明方法的优点：本发明针对人工湿地亟待解决的堵塞定位问题，提出一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法，该方法是以堵塞填料区域及未堵塞填料区域的电流差异为基础，依据电流曲线和电流平面等值线的低电流值特征，达到探测人工湿地堵塞区域的目的；该方法快速、经济易行，能够填补人工湿地堵塞区域线电源供电与测量探测技术空白，并为人工湿地的堵塞定位提供一种切实可行的探测技术。该技术通过推广，将为人工湿地的持续、高效运行提供强有力的技术保障。

附图说明

图1为本发明实施例基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法的流程图。

图2为本发明实施例中电流测量的测线布置示意图。

图中标记：2-1为高阻球体模型；2-2为测线及编号。

图3为本发明实施例中线电源供电与测量的两电极装置示意图。

图中标记：3-1为设计的测量电极位置；3-2为供电（测量）电极A；3-3为供电（测量）电极B。

图4为本发明实施例中各测线的电流曲线图。

图中标记：4-1为图2中0线的电流曲线；4-2为图2中10线的电流曲线；4-3为图2中-10线的电流曲线；4-4为图2中20线的电流曲线；4-5为图2中-20线的电流曲线。

图5为本发明实施例中的电流平面等值线图。

图中标记：5-1为电流相对低值区域即人工湿地堵塞中心区域；5-2为电流相对高值区域即人工湿地未堵塞区域。

具体实施方式

实施例：

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的流程如图1所示，在收集分析人工湿地现有资料的基础上，合理布置测线和电流采集装置，通过两个供电与测量同体的线电极，采集获得各测线相邻测点之间的电流值；然后把采集的电流值绘制成电流曲线和电流平面等值线图；最后通过分析各测线电流曲线和电流平面等值线特征，达到探测人工湿地堵塞区域的目的。

具体步骤为：

(1)人工湿地资料收集：包括人工湿地运行周期、床体结构、填料、进出水和水力特性的基本概况和运行参数，以指导数据采集、数据处理和分析

(2)线电源供电与测量的测线布置：实施例模型如图2所示，2-1为高阻模型，2-2为布设的线电源测线及编号，其中测线间距10cm，测点间距5cm（测点布设情况如3中3-1所示）。

(3)测量装置布设及电极要求：在第一个测量点布设两电极装置，电极采用铜电极，如图3所示，3-2为供电与测量同体线电极A，电极长度等于人工湿地填料深度；3-3为供电与测量同体线电极B，电极长度等于人工湿地填料深度。

(4)电流测量：根据布设的测量装置，在第一个测量点插入电极A和电极B，电极间距为一个点距间隔5cm；用直流电阻率仪测量该点电极A和B之间的供电电流值；记录点为电极A和电极B的中心点；测量完一个点后，电极A和B同时向相同方向同时移动一个电极间距测量下一个点，直到完成整个测区的测量为止。

(5)绘制电流曲线图和测区电流平面等值线图：对各测线测得的供电电流值绘制相应测线的电流曲线；根据测区所有测线的电流值，绘制测区电流平面等值线图。

(6)电流曲线图定位分析：从图4的电流曲线图可以看出，4-1曲线为0线的电流曲线，电流值在45cm处较低，约70mA，该线穿过高阻体模型中心；4-2和4-3分别为10线和-10线的电流曲线，电流值在45cm处也有些偏低，但幅度相对0线较小，这两条测线位于高阻体模型边界；4-4和4-5分别为20线和-20线的电流曲线，电流变化不大，这两条线离高阻模型较远，电流的微弱变化是侧边效应引起。

(7)电流平面等值线图定位分析：从图5的电流平面等值线图图可以看出，5-1为电流相对低值区域，通过定位电流低值区域中心，可以确定堵塞区域的中心位置；5-2为电流相对高值区域，也即是堵塞未发生或轻微堵塞区域。

(8)综合分析：综合电流曲线上的低电流谷底位置和电流平面等值线图上的低电流值中心区域，能够确定人工湿地堵塞区域的中心位置；然后再结合堵塞与未堵塞区域的电流物性测定，大致圈定电流值为76mA的值对应于人工湿地堵塞区域的边界，最终确定人工湿地堵塞区域在平面上的位置。

以上所述，仅是本发明的模型实施例，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员依据本发明的技术实质对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法，其特征在于具体步骤为：

(1)人工湿地资料收集：包括人工湿地运行周期、床体结构、填料、进出水和水力特性的基本概况和运行参数，以指导数据采集、数据处理和分析；

(2)线电源供电与测量的测线布置：首先在人工湿地上方布置线电流供电与测量测线，测线间距根据人工湿地规模和堵塞区域定位精度要求适当调整，调整范围为10~100cm；测点间距也是根据人工湿地规模和堵塞区域定位测量精度要求适当调整，调整范围为5~50cm；

(3)测量装置布设及电极要求：在布设好的一条测线上进行线电流供电与测量时，采用两电极装置进行逐点数据采集，分别为供电与测量电极A和供电与测量电极B；电极A和B即是供电电极，同时也是测量电流值的测量电极；电极采用铁电极或铜电极，电极长度根据人工湿地深度进行制作，电极长度等于人工湿地深度；

(4)电流测量：根据设计的测线和测点，插入电极A和电极B，电极间距为一个点距间隔；用直流电阻率仪测量该点电极A和B之间的供电电流值；记录点为电极A和电极B的中心点；测量完一个点后，电极A和B同时向相同方向同时移动一个电极间距测量下一个点，直到完成整个测区的测量为止；

(5)绘制电流曲线图：对各测线测得的供电电流值绘制相应测线的电流曲线；

(6)绘制电流平面等值线图：根据测区所有测线的电流值，绘制测区电流平面等值线图；

(7)定位分析：人工湿地的堵塞区域一般表现为相对高电阻率和低电流值特征，未堵塞区域表现为相对低电阻率和高电流值特征；因此，基于绘制的各测线电流曲线图和电流平面等值线图特征，电流曲线上的低电流位置和电流平面等值线图上的低电流值区域，就是对应的人工湿地堵塞区域在平面上的位置；供电电流值和人工湿地堵塞区域两者之间存在紧密的相关性，即完成基于线电源供电与测量方法定位人工湿地堵塞区域。